JP7203276B2 - メチル化されたdnaの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築する方法及びキット - Google Patents
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Description
前記メチル化されたDNAのサンプルに基づいて、本発明の第1の態様のいずれかの実施例に記載の方法に従って、または本発明の第2の態様のいずれかの実施例に記載のシステムを使用して、シーケンシングライブラリーを構築するステップと、前記シーケンシングライブラリーに対してハイスループットシーケンシングを行い、シーケンシング結果を取得するステップと、を含む。
前記メチル化されたDNAのサンプルに基づいて、本発明の第1の態様のいずれかの実施例に記載の方法に従って、または本発明の第2の態様のいずれかの実施例に記載のシステムを使用して、シーケンシングライブラリーを構築するステップと、前記シーケンシングライブラリーに対してハイスループットシーケンシングを行い、シーケンシング結果を取得するステップと、前記シーケンシング結果と参照ゲノムを比較し、前記メチル化されたDNAのサンプルのメチル化状態を特定するステップと、を含む。
本発明のいくつかの実施例において、前記ラベルプライマーはSEQ ID NO:23で示す通りである。
本発明の少なくともいくつかの実施形態において、以下のような方法によってユニバーサル配列を導入する。
gDNA、切断されたgDNAまたはcfDNAは、最初に、重亜硫酸塩でDNA分子を処理し、次に、第1のシーケンシングプライマー、即ち3’端に6-12個のランダムN塩基(A/T/C/Gからなる縮重塩基)または6-12個のランダムH塩基(A/T/Cからなる縮重塩基)が付き、5’端に一部、全部のシーケンシングリンカー配列または固定配列(配列のシトシンにはメチル化修飾されたシトシンを優先的に使用する)が付くプライマー及びDNAポリメラーゼを使用してテンプレートを複製し、5’端にユニバーサル配列付きの重亜硫酸塩処理後のDNAテンプレート(図1に示す)を取得する。使用可能なシーケンシングリンカー配列はMGIプラットフォームのシーケンシングリンカーを含み、illuminaとprotonプラットフォームのシーケンシングリンカー配列も含むが、これらに制限されない。少なくともいくつかの実施例において、使用可能なDNAポリメラーゼは通常のrTaq、Fusionであってもよいし、Bstまたはphi29等であってもよい。
切断されたgDNAまたはcfDNAに対して末端修復して塩基Aを追加し、次に、特定のリンカー配列を追加し、配列は一部、全部のシーケンシングリンカー配列または修飾されたシーケンシングリンカー配列であってもよく、これらの修飾されたシーケンシングリンカー配列は、1本の鎖の3端塩基が非ヒドロキシル基によって修飾されている固定配列付きのシーケンシングリンカー配列、または固定配列付きのシーケンシングリンカー配列、または1本の鎖の3’端の塩基が非ヒドロキシル基によって修飾されている固定配列付きのシーケンシングリンカー配列であってもよく、図4に示すような符号1、符号2、符号3及び符号4に示す。精製後、亜硫酸塩を使用してユニバーサル配列を加えた産物を処理して、変換されたDNAテンプレート(図2)を取得する。
Tn5トランスポザーゼに一部のリンカー配列が埋め込まれ、該リンカーはTn5トランスポザーゼ自体の有効な19bpの特定の配列であってもよいし、有効な配列+他の配列(例えばシーケンシングリンカー配列)の組み合わせである可能性があり、19bpの特定の配列を優先的に使用し、19bpの特定の配列のシトシンにはメチル化修飾されたシトシンを優先的に使用し、Tn5転置によってgDNAを転置して特定のリンカーを加えて、精製後、重亜硫酸塩を使用して特定のリンカーを加えた産物を処理し、変換されたDNAテンプレート(図3に示す)を取得する。
本発明の少なくともいくつかの実施形態において、以下のような方法によってPCR増幅を行ってシーケンシングライブラリーを取得する。
第1の特異的プライマーと第1のユニバーサルプライマーによって亜硫酸塩処理後のDNAに対して第1のステップのPCR増幅を行う。第1のユニバーサルプライマーの3’端の配列は上記の導入されたユニバーサル配列の一部または全部に相補的であるか、重なる。例えば、第1のユニバーサル配列の5’端はシーケンシングリンカー配列の一部または全部(優先的に一部の配列である)である。第1の特異的プライマー配列の結合サイトは増幅に必要な標的領域の上流に位置し、重亜硫酸塩処理後のDNAテンプレート配列に対して設計され、得られた産物は精製された後、さらに第2の特異的プライマー(以下の実施例ではネストされたプライマーとも呼ばれる)、第2のユニバーサルプライマー、ラベルプライマーによって第2のステップのPCR増幅を行う。第2のステップのPCRの第1のサイクルでは、第2の特異的プライマーとラベルプライマーを最初にPCRを行い、後続のサイクルでは第2の特異的プライマー、第2のユニバーサルプライマー及びラベルプライマーによって一緒に複数回のPCRを行う。第2の特異的プライマーの5’端は第2のユニバーサルプライマーの3’端の一部または全部の配列に重なり、第2の特異的プライマーの3’端は特異性配列であり、特異性配列は第1の特異的プライマーと標的領域との間に設計され、第2のユニバーサルプライマーはシーケンシングユニバーサルリンカーの一部または全部の配列であってもよく、3’端と第2の特異的プライマーの5’端は一部または全部の配列が同じであり、ラベルプライマーの3’端と第1のユニバーサルプライマーの5’端は一部または全部の配列が同じであり、中央に8-12bpの固定ラベル配列(各プラットフォームは、サンプルミックスのラベル配列を区別するために使用される)を有し、後続のマルチサンプルの混合シーケンシング(図1A、図2A、図3A)に用いられる。
実験設計
100ngYanhuangゲノムDNAで重亜硫酸塩処理を行い、次に、発明のステップに従ってDNAターゲットを絞ったメチル化ライブラリーを調製し、ライブラリーをMGISEQ-2000シーケンサーにオンマシンシーケンシングを行い、シーケンシングタイプはPE100であり、次に、データ利用率、比較率、アンプリコン特異性、均一性などの性能を含むデータ分析を行った。
EZ DNA Methylation-Gold KitTM(米国ZYMO社製 商品番号D5005)キットを使用して、上記のDNAに対して重亜硫酸塩共処理を行った。
CT変換試薬(CT Conversion Reagent)溶液の調製
キットからCT変換試薬(固体混合物)を取り出して、それぞれ900μLの水、50μLのM-溶解緩衝液(M-Dissolving Buffer)及び300μLのM-希釈緩衝液(M-Dilution Buffer)を添加し、室温で溶解し且つ10分間振とうし、またはシェーカーで10分間揺らした。
M-洗浄緩衝液に24mLの100%のエタノールを添加して用意した。
(1)PCRチューブに130μLのCT変換試薬溶液と上記DNAを添加し、軽くフリックし、またはピペットで混合サンプルを懸濁した。
次に、サンプルチューブをPCRマシンに置き、以下のステップに従って操作した。
98℃で5分間保持し、64℃で2.5時間保持した。
上記の操作を完成した後、直ちに次のステップの操作を行った。
(2)Zymo-Spin ICTM Columnを収集チューブ(Collection Tube)に入れ、600μLのM-結合緩衝液(M-Binding Buffer)を添加した。
次に、重亜硫酸塩処理されたサンプルをM-結合緩衝液を含有するZymo-Spin ICTM Columnに添加し、蓋をして逆さまに均一に混ぜた。
全速(>10,000xg)で30秒間遠心分離し、収集チューブ内の収集液を捨てる。カラムに100μLのM-洗浄緩衝液を添加し、全速(>10,000xg)で30秒間遠心分離し、収集チューブ内の液体を捨てた。
カラムに200μLのM-Desulphonation Bufferを添加し、室温で15min置き、全速(>10,000xg)で30s遠心分離し、収集チューブ内の液体を捨てた。
カラムに200μLのM-洗浄緩衝液を添加し、全速(>10,000xg)で30s遠心分離し、収集チューブ内の液体を捨て、このステップを1回繰り返した。
Zymo-Spin ICTM Columnを新しい1.5mL EPチューブに置き、40μLのM-溶出緩衝液rをカラムマトリックスに添加し、室温で2min置き、全速(>10,000xg)で遠心分離し、標的のフラグメントDNAを溶出した。
(1)PCRチューブ内で以下の反応系に従って重亜硫酸塩処理されたDNAに対してDNA複製を行った。
(3)反応した後、1.5×AMPure磁気ビーズを使用して精製(Beckman社製AMPure XP、商品番号A63881)し、最終に、精製産物を22μlの溶出緩衝液に溶解した。
(1)PCRチューブ内で以下の反応系に従ってPCR系を調製した。
94℃ 1min
94℃ 30s
58℃ 2min
72℃ 30s
上記94℃30s,58℃2min,72℃30sを1サイクルとして15サイクル。
72℃ 5min
12℃ 保持
(3)反応した後、1.5×AMPure磁気ビーズを使用して精製し、最終に精製産物を22μlの溶出緩衝液に溶解した。
(1)PCRチューブ内で以下の反応系に従ってPCR系を調製した。ネストされたプライマープールを以下の表12に示し、ラベルプライマーを以下の表13に示す。
94℃ 1min
94℃ 30s
58℃ 2min
72℃ 30s
上記94℃30s,58℃2min,72℃30sを1サイクルとして20サイクル。
72℃ 5min
12℃ 保持
(3)反応した後、1.0×AMPure磁気ビーズを使用して精製し、最終に精製産物22μlの溶出緩衝液に溶解した。
Bioanalyzer分析システム(Agilent, Santa Clara,USA)を使用してライブラリーインサートフラグメントのサイズ及び含有量を検出した。その結果を図5に示す。
5、オンマシンシーケンシング
得られたライブラリーに対してハイスループットシーケンシングを行った。シーケンシングプラットフォームがMGISEQ-2000であり、シーケンシングタイプがPE100であった。シーケンシング後のデータを比較した後、オフマシンデータ、利用可能なデータ、比較率、GC含有量などを含む様々な基本パラメータを統計した。その結果を以下の表4に示す。各アンプリコンの深度を図6に示す。図6では横座標は、異なるCpGサイトを表す。
実験設計
200-300bpに切断されたYanhuangゲノムDNAを使用して、次に、本発明によって提供された方法に従ってDNAターゲットを絞ったメチル化ライブラリーを調製し、ライブラリーをMGISEQ-2000シーケンサーにオンマシンシーケンシングを行い、シーケンシングタイプがPE100であり、そして、データ利用率、比較率、アンプリコン特異性、均一性などの性能を含むデータ分析を行った。
(1)前のステップで得られたDNAフラグメントを以下の表で1.5mLの遠心分離管内で末端修復反応系を調製した。
(1)前のステップで得られたDNAを以下の表に従って1.5mLの遠心分離管内で塩基Aを添加する反応系を調製した。
(1)前のステップで得られたDNAを以下の表に従ってメチル化リンカー(「メチル化ラベルリンカー」と呼ばれる場合もある)の接続反応系を調製した。
リンカー1:5’/5Phos/AGTCGGAGGCCAAGCGGT(SEQ ID NO:25)
リンカー2:5’ACATGGCTACGATCCGACTddT(SEQ ID NO:26)
リンカー1配列におけるCはいずれもメチル化修飾によって保護され、リンカー2におけるシトシンはメチル化修飾によって保護されても、保護されなくてもよく、リンカー2における3端の最後の塩基は、テンプレートとの接続を防止するためにブロック修飾され、即ちジデオキシ修飾が実行された。
(2)上記反応系を20℃のThermomixer(Eppendorf)に置き、15min反応し、接続産物を取得した。反応した後、AMPure磁気ビーズを使用して精製し、最終に精製産物を22μlの溶出緩衝液に溶解した。
キットEZ DNA Methylation-Gold KitTM(ZYMO社製)を使用して上記接続されたDNAに対して重亜硫酸塩共処理を行った。
(1)試薬の準備
CT変換試薬(CT Conversion Reagent)溶液の調製
キットからCT変換試薬(固体混合物)を取り出して、それぞれ900μLの水、50μLのM-溶解緩衝液(M-Dissolving Buffer)及び300μLのM-希釈緩衝液(M-Dilution Buffer)を添加し、室温で溶解し且つ10分間振とうし、またはシェーカーで10分間揺れらした。
M-洗浄緩衝液の調製:M-洗浄緩衝液に24mLの100%のエタノールを添加して、用意した。
(2)PCRチューブに130μLのCT変換試薬溶液と上記接続されたDNAを添加し、軽くフリックし、またはピペットで混合サンプルを懸濁した。
次に、サンプルチューブをPCRマシンに置き、以下のステップに従って操作した。
98℃で5分間保持し、64℃で2.5時間保持した。
上記の操作を完成した後、直ちに次のステップの操作を行うか、4℃で保管して(最も多く20時間)、使用に準備した。
(3)Zymo-Spin ICTM Columnを収集チューブ(Collection Tube)に入れ、600μLのM-結合緩衝液(M-Binding Buffer)を添加した。
次に、上記重亜硫酸塩処理されたサンプルをM-結合緩衝液を含有するZymo-Spin ICTM Columnに添加し、蓋をして逆さまに均一に混ぜた。
全速(>10,000xg)で30秒間遠心分離し、収集チューブ内の収集液を捨てた。
カラムに100μLのM-洗浄緩衝液を添加し、全速(>10,000xg)で30秒間遠心分離し、収集チューブ内の液体を捨てた。
カラムに200μLのM-Desulphonation Bufferを添加し、室温で15min置き、全速(>10,000xg)で30s遠心分離し、収集チューブ内の液体を捨てた。
カラムに200μLのM-洗浄緩衝液を添加し、全速(>10,000xg)で30s遠心分離し、収集チューブ内の液体を捨て、このステップを1回繰り返した。
Zymo-Spin ICTM Columnを新しい1.5mL EPチューブに置き、18μLのM-溶出緩衝液rをカラムマトリックスに添加し、室温で2min置き、全速(>10,000xg)で遠心分離し、標的のフラグメントDNAを溶出した。
(1)PCRチューブ内で以下の反応系に従ってPCR系を調製した。上流特異的プライマープールに含まれるプライマーを以下の表11に示し、第1のユニバーサルプライマーを以下の表13に示す。
94℃ 1min
94℃ 30s
58℃ 2min
72℃ 30s
上記94℃30s,58℃2min,72℃30sを1サイクルとして15サイクル。
72℃ 5min
12℃ 保持
反応した後、1.5×AMPure磁気ビーズを使用して精製し、最終に精製産物を22μlの溶出緩衝液に溶解した。
(1)PCRチューブ内で以下の反応系に従ってPCR系を調製した。ネストされたプライマープールに含まれるプライマーを以下の表12に示し、第2のユニバーサルプライマーとラベルプライマーを以下の表13に示す。
94℃ 1min
94℃ 30s
58℃ 2min
72℃ 30s
上記94℃30s,58℃2min,72℃30sを1サイクルとして20サイクル。
72℃ 5min
12℃ 保持
反応した後、1.0×AMPure磁気ビーズを使用して精製し、最終に精製産物22μlの溶出緩衝液に溶解した。
Bioanalyzer分析システム(Agilent,Santa Clara,USA)を使用してライブラリーインサートフラグメントのサイズ及び含有量を検出した。その結果を図7に示す。
得られたライブラリーに対してハイスループットシーケンシングを行った。シーケンシングプラットフォームが華大智造のMGISEQ-2000であり、シーケンシングタイプがPE100であった。シーケンシング後のデータを比較した後、オフマシンデータ、利用可能なデータ、比較率、特異性及び均一性などを含む様々な基本パラメータを統計した。その結果を表10に示す。各アンプリコンのシーケンシング深度を図8に示す。
Claims (12)
- メチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築する方法であって、
(1)メチル化されたDNAに基づいて、前記メチル化されたDNAの少なくとも一端にユニバーサル配列を接続し、重亜硫酸水素塩でDNAを処理して、変換されたユニバーサル配列付きのDNAを取得するステップであって、前記ユニバーサル配列は、シーケンシングリンカー配列または固定配列であり、前記シーケンシングリンカー配列または前記固定配列におけるシトシンは、メチル化修飾されたシトシンであるステップと、
(2)第1の特異的プライマーと第1のユニバーサルプライマーを使用して前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAに対して第1の増幅を行い、第1の増幅産物を取得するステップであって、
前記第1の特異的プライマーは前記標的領域の上流に位置し、前記第1のユニバーサルプライマーは前記ユニバーサル配列と一部または全部がマッチするかまたは重なり、前記ユニバーサル配列は標的領域の下流に位置するステップと、
(3)第2の特異的プライマー、第2のユニバーサルプライマー及びラベルプライマーを使用して前記第1の増幅産物に対して第2の増幅を行い、第2の増幅産物を取得し、シーケンシングライブラリーを得るステップと、を含み、
前記第2の特異的プライマー、前記第2のユニバーサルプライマー及び前記ラベルプライマーは、(i)または(ii)に示すものであり、
(i)前記第2の特異的プライマーが前記第1の特異的プライマーの下流と前記標的領域の上流に位置し、前記第2のユニバーサルプライマーが前記第2の特異的プライマーの一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーにラベル配列が含まれ、前記ラベルプライマーが前記第1のユニバーサルプライマーの一部の配列に重なり、
(ii)前記第2の特異的プライマーが前記標的領域の下流に位置し、前記第2のユニバーサルプライマーが前記第1の特異的プライマーの一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーにラベル配列が含まれ、前記ラベルプライマーが前記第2の特異的プライマーの一部の配列に重なり、
前記第1の特異的プライマーと前記第2の特異的プライマーは、DNAテンプレートの2本の鎖のうちの一方の鎖に対して設計される、
ことを特徴とするメチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築する方法。 - ステップ(3)において、前記第2の特異的プライマー、前記第2のユニバーサルプライマー及び前記ラベルプライマーが(i)に示すものであり、前記第2の特異的プライマーの5’端は前記第2のユニバーサルプライマーの3’端の一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーの3’端は前記第1のユニバーサルプライマーの5’端の一部の配列に重なる、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- ステップ(3)において、前記第2の特異的プライマー、前記第2のユニバーサルプライマー及び前記ラベルプライマーが(ii)に示すものであり、前記第2の特異的プライマーの5’端は前記ラベルプライマーの3’端の一部の配列に重なり、前記第2のユニバーサルプライマーの3’端は前記第1の特異的プライマーの5’端の一部の配列に重なる、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- ステップ(1)は、
(1-a)重亜硫酸水素塩を使用して前記メチル化されたDNAを処理し、変換されたDNAを取得するステップと、
(1-b)DNAポリメラーゼと第1のシーケンシングプライマーを使用して、前記変換されたDNAを複製し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAを取得するステップと、をさらに含み、前記第1のシーケンシングプライマーの3’端はA、T、Cから選ばれる6~12個の塩基であり、前記第1のシーケンシングプライマーの5’端はユニバーサル配列である、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - ステップ(1)は、
(1-1)前記メチル化されたDNAに対して末端修復して塩基Aを追加し、修復されたDNAを取得するステップと、
(1-2)前記修復されたDNAの少なくとも一端とユニバーサル配列を接続し、ユニバーサル配列付きのDNAを取得するステップと、
(1-3)重亜硫酸水素塩を使用して前記ユニバーサル配列付きのDNAを処理し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAを取得するステップと、をさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ユニバーサル配列は、修飾されたシーケンシングリンカー配列であり、
前記修飾されたシーケンシングリンカー配列は、1本の鎖のシトシンに対してメチル化修飾を行い、1本の鎖のシトシンに対してメチル化修飾を行わず、1本の鎖の3’端の塩基が非ヒドロキシル基によって修飾されたシーケンシングリンカー配列、固定配列とランダム配列付きのシーケンシングリンカー配列、または1本の鎖の3’端の塩基が非ヒドロキシル基によって修飾された固定配列とランダム配列付きのシーケンシングリンカー配列であり、
前記ランダム配列は分子ラベル配列である、ことを特徴とする請求項5に記載の方法。 - ステップ(1)は、
ユニバーサル配列が埋め込まれたトランスポザーゼを使用して前記DNAに対して切断と転置処理を行い、ユニバーサル配列付きのDNAを取得するステップと、
重亜硫酸水素塩を使用して前記ユニバーサル配列付きのDNAを処理し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAを取得するステップと、をさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ユニバーサル配列はトランスポザーゼエフェクター配列またはシーケンシングリンカー付きのTn5トランスポザーゼエフェクター配列である、ことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記トランスポザーゼエフェクター配列のシトシンはメチル化修飾されたシトシンである、ことを特徴とする請求項8に記載の方法。
- ステップ(1)は、
ユニバーサル配列が埋め込まれたトランスポザーゼを使用して前記DNAのサンプルに対して切断と転置処理を行い、ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するステップと、
重亜硫酸水素塩を使用して前記ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを処理し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するステップと、をさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - メチル化されたDNAのメチル化状態を特定する方法であって、
前記メチル化されたDNAに基づいて、請求項1に記載の方法に従って、シーケンシングライブラリーを構築するステップと、
前記シーケンシングライブラリーに対してハイスループットシーケンシングを行い、シーケンシング結果を取得するステップと、
前記シーケンシング結果と参照ゲノムを比較し、前記メチル化されたDNAのメチル化状態を特定するステップと、を含む、ことを特徴とするメチル化されたDNAのメチル化状態を特定する方法。 - キットであって、前記キットは、請求項1に記載の方法を使用してメチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築することに用いられるものであり、前記キットは、
メチル化されたDNAの少なくとも一端に接続するためのユニバーサル配列と、
SEQ ID NO:23で示されるラベルプライマーと、
SEQ ID NO:1で示される第1のユニバーサルプライマーと、
SEQ ID NO:22で示される第2のユニバーサルプライマーと、
重亜硫酸塩検出試薬と、
SEQ ID NO:1~SEQ ID NO:10のいずれか1つで示される第1の特異的プライマーと、
SEQ ID NO:11~SEQ ID NO:20のいずれか1つで示される第2の特異的プライマーと、を含み、
前記ユニバーサル配列は、シーケンシングリンカー配列または固定配列であり、前記シーケンシングリンカー配列または前記固定配列におけるシトシンは、メチル化修飾されたシトシンである、ことを特徴とするキット。
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